一种基于纳米线有序排列的纳米线器件制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于纳米线有序排列的纳米线器件制备方法。本发明专利技术的特征是：在衬底表面通过刻蚀形成细长条的凹槽结构，利用凹槽固定纳米线，实现纳米线排列位置的精确控制；并且可以在凹槽表面生长薄膜，作为纳米线器件的栅极、加热电极或光学反射镜。该方法具有工艺简单、适合规模化制备的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米线有序排列的纳米线器件的制备方法
本专利技术涉及一种纳米线器件的制备方法，可用于纳米线微电子和光电子器件。
技术介绍
纳米技术被认为是21世纪的三大科学技术之一。其中，半导体纳米线由于其独特的一维量子结构，被认为是未来微纳器件的基本结构[Mater.Today，9(2006)18-27]。近年来，半导体纳米线的研究工作取得了很大进展，其应用领域包括集成电路[Nature，470(2011)240-244]、晶体管[NanoLetters，8(2008)925-930]、激光器[Science，292(2001)1897-1899]、单光子器件[NatureNanotechnology，5(2010)195-199]、LED[NanoLetters，6(2006)1719-1722，]、以及太阳能电池[NanoLett.，10(2010)1082-1087]等。尽管半导体纳米线具有很重要的应用前景，但是纳米线器件的实用化和产业化还亟需解决一系列问题，其中的关键问题是如何对极其纤细(直径细至几个纳米)的纳米线进行操控、组装和加工。制备纳米线器件一般需要先将纳米线转移并平放到另一衬底上(通常是杂乱堆放)，然后用电子束光刻工艺逐一寻找合适的纳米线进行光刻加工[NanoLetters，8(2008)925-930]；这种针对单根纳米线加工的工艺无法实现大规模批量制备，而且电子束光刻的速度很慢、价格昂贵。因此，简化纳米线器件工艺、降低制备难度，是纳米线器件产业化所面临的问题。为此，人们专利技术了各种有序排列和组装纳米线的方法，包括：利用分子间的氢键和范德瓦尔斯力排列纳米线[Adv.Mater.13(2001)249]，利用静电力排列纳米线[NanoLett.8(2008)1853]，利用剪切力排列纳米线[Science291(2001)630；NanoLett.3(2003)1229；NanoLett.7(2007)773]，利用磁力排列纳米线[Chem.Mater.17(2005)1320]和利用介电泳排列纳米线[J.Appl.Phys.101(2007)073704]。上述的排列方法，可以控制纳米线阵列的排列方向，但是无法将纳米线精确固定于特定位置。但是，纳米线器件的大规模制备，不仅需要控制纳米线的排列方向，更需要控制纳米线的排列位置。因此设计研发纳米线的精确排列技术和大规模器件制备方法，是本专利技术的创研动机。
技术实现思路
本专利技术旨在解决纳米线的精确排列问题，提出了“一种基于纳米线有序排列的纳米线器件的制备方法”；该方法通过凹槽结构精确控制纳米线的排列位置，具有工艺简单、适合规模化制备的特点。一种基于纳米线有序排列的纳米线器件的制备方法，包括以下步骤：(1)通过光刻、刻蚀工艺在衬底表面制备细长条的凹槽结构；(2)在所述凹槽结构的表面依次形成绝缘层和导电层，用于制备纳米线器件的栅极、加热电极或光学反射镜；(3)将含有纳米线的溶液，滴在衬底的表面，通过外力使得纳米线的排列方向与凹槽的方向一致，此时纳米线通过运动陷入凹槽内，从而被凹槽固定；(4)清洗衬底，将未陷入凹槽的纳米线清洗出去，而陷入凹槽的纳米线则会留在凹槽内；(5)通过光刻、镀膜工艺在纳米线上制备电极结构，实现纳米线器件。其中，可以在步骤(1)之前，在硅衬底表面氧化形成一层SiO2薄层，利用SiO2薄层作为掩膜。其中，在步骤(1)之前，在硅衬底表面生长一层SiNx薄层，利用该SiNx薄层作为掩膜。其中，所述凹槽的宽度接近或大于纳米线的直径，所述凹槽的长度接近或大于纳米线的长度。其中，通过调节所述凹槽的宽度，实现一个凹槽内容纳单根或多根纳米线。其中，所述外力是静电力、磁力、剪切力、介电泳力或分子力。其中，所述凹槽的截面形状是锥形、梯形或弧形。其中，所述衬底材料优选自硅、玻璃、Al2O3、GaAs和InP。其中，所述纳米线材料有选自Si、In2O3、SnO2、GeSi、ZnO、GaAs、AlInGaAsP、InP、GaN、AlInGaN和InGaSb。其中，所述导电层的材料优选自Cr、Ti、Ni、Pt和Au。附图说明附图，其被结合入并成为本说明书的一部分，示范了本专利技术的实施例，并与前述的综述和下面的详细描述一起解释本专利技术的原理。图1为在衬底表面制备的凹槽结构的示意图。图2为在衬底上定向排列纳米线的示意图。图3为纳米线被固定在凹槽位置的示意图。图4为在纳米线上制备电极的示意图。图5为各种截面形状的凹槽结构示意图。图6为纳米线在凹槽内的排列的示意图。图7为在凹槽表面生长各种薄层结构的示意图。具体实施方式为使得本专利技术的技术方案的内容更加清晰，以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。实施例1首先，在硅衬底表面氧化形成一层SiO2薄层，利用SiO2薄层作为掩膜，通过光刻、刻蚀工艺在硅衬底表面制备细长条的凹槽结构，如图1所示；其次，在凹槽表面依次生长SiNx绝缘膜、Cr-Au金属膜、以及聚酰亚胺绝缘膜，其中的金属膜可用于加热纳米线器件，如图7所示。然后，将含有GeSi纳米线的溶液，滴在衬底表面，通过介电泳使纳米线的排列方向与凹槽的方向一致，部分纳米线能陷入凹槽中，如图2所示；接着清洗衬底，将凹槽外的纳米线除去，只有凹槽内的纳米线留下，如图3所示；最后，通过光刻、镀膜工艺在纳米线上制备电极结构，如图4所示。实施例2首先，在GaAs衬底表面刻蚀出细长条的凹槽结构，如图1所示；其次，在凹槽表面依次生长SiNx绝缘膜、Ti-Pt-Ni金属膜、以及BCB绝缘膜，其中的金属膜用于制备纳米线晶体管的栅极，如图7所示。然后，将含有ZnO纳米线的溶液，滴在衬底表面，通过静电力使纳米线的排列方向与凹槽的方向一致，部分纳米线能陷入凹槽中，如图2所示；接着清洗衬底，除去凹槽外的纳米线，只有凹槽内的纳米线留下，如图3所示；最后，通过光刻、镀膜工艺在纳米线上制备电极结构，如图4所示。实施例3首先，在玻璃衬底表面刻蚀出细长条的凹槽，如图1所示；然后，将含有AlInGaAsP纳米线的溶液，滴在衬底表面，通过剪切力使纳米线的排列方向与凹槽的方向一致，部分纳米线能陷入凹槽中，如图2所示；接着清洗衬底，将凹槽外的纳米线除去，只有凹槽内的纳米线留下，如图3所示；最后，通过光刻、镀膜工艺在纳米线上制备电极结构，如图4所示。实施例4首先，在硅衬底表面生长一层SiNx薄层，利用该薄层作为掩膜，通过光刻、刻蚀工艺在硅衬底表面制备细长条的凹槽结构，如图1所示；其次，在凹槽表面依次生长SiNx绝缘膜、Cr-Au金属膜、以及聚酰亚胺绝缘膜，其中的金属膜可作为纳米线发光器件的光学反射镜，如图7所示。然后，将含有AlInGaN纳米线的溶液，滴在衬底表面，通过磁力使得纳米线的排列方向与凹槽的方向一致，部分纳米线能陷入凹槽中，图2所示；接着，清洗衬底，将凹槽外的纳米线除去，只有凹槽内的纳米线留下，如图3所示；最后，通过光刻、镀膜工艺在纳米线上制备电极结构，如图4所示。以上所述是本专利技术应用的技术原理和具体实例，依据本专利技术的构想所做的等效变换，只要其所运用的方案仍未超出说明书和附图所涵盖的精神时，均应在本专利技术的范围内，特此说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米线有序排列的纳米线器件制备方法，其特征是：在衬底表面制备细长条的凹槽结构，利用凹槽固定纳米线，实现纳米线排列位置的精确控制；并可以在凹槽表面生长薄膜，作为纳米线器件的栅极、加热电极或光学反射镜。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米线有序排列的纳米线器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过光刻、刻蚀工艺在衬底表面制备细长条的凹槽结构；(2)在所述凹槽结构的表面依次形成绝缘层和导电层，用于制备纳米线器件的栅极、加热电极或光学反射镜；(3)将含有纳米线的溶液，滴在衬底的表面，通过外力使得纳米线的排列方向与凹槽的方向一致，此时纳米线通过运动陷入凹槽内，从而被凹槽固定；(4)清洗衬底，将未陷入凹槽的纳米线清洗出去，而陷入凹槽的纳米线则会留在凹槽内；(5)通过光刻、镀膜工艺在纳米线上制备电极结构，实现纳米线器件。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米线有序排列的纳米线器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在凹槽结构的表面依次生长SiNx绝缘膜、Cr-Au金属膜、以及聚酰亚胺绝缘膜，或者依次生长SiNx绝缘膜、Ti-Pt-Ni金属膜、以及BCB绝缘膜。3.根据权利要求1所述的一种基于纳米线有序排列的纳米线器件的制备方法，其特征在于，在步骤(1)之前，在硅衬底表面生长一层SiNx薄层或者SiO2薄层，利用该SiNx薄层或者SiO2薄层作为掩膜。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，渠波，曹暾，
申请(专利权)人：黄辉， 渠波， 曹暾，
类型：发明
国别省市：辽宁;21